基于兩種特殊結(jié)構(gòu)的左手材料單元及其天線設(shè)計(jì).pdf

1、隨著全球信息化和科技化的高速發(fā)展，對(duì)無線通信系統(tǒng)的要求也越來越高。天線作為該系統(tǒng)中的重要部分，正朝著高增益、寬頻段、多頻帶、小型化的方向不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的微帶天線因其損耗大、效率低等缺點(diǎn)限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。而人工電磁材料的出現(xiàn)為提高天線性能開辟了一條新的途徑，特別是具有雙負(fù)特性的左手材料，因其奇異的電磁特性而成為研究的重點(diǎn)。
　　本文主要針對(duì)左手材料的實(shí)現(xiàn)和在微帶天線中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，首先根據(jù)電磁場(chǎng)理論和電路理論相結(jié)合的方法，

2、對(duì)左手材料的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了理論分析，并基于波浪和葫蘆狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了便于調(diào)諧、雙負(fù)帶寬較寬、尺寸較小的新型單面左手材料系列單元。然后針對(duì)移動(dòng)通信的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了兩款滿足WiMAX應(yīng)用的微帶天線，將所設(shè)計(jì)的單元結(jié)構(gòu)分別置于天線的覆蓋層、輻射貼片周邊，分析其對(duì)天線性能的影響。
　　本文主要研究工作概括為:
　　1.提出基于波浪結(jié)構(gòu)的異形環(huán)左手系列單元。首先提出一種具有較強(qiáng)電磁響應(yīng)的波浪結(jié)構(gòu)，并將其作為左手結(jié)構(gòu)單元關(guān)鍵的調(diào)諧部分，與

3、圓弧線、金屬棒組合形成傘狀左手單元結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的諧振頻率為6.60 GHz，雙負(fù)頻帶寬度為350 MHz。接著通過增大等效電路模型中的等效電容來實(shí)現(xiàn)降頻的方法，對(duì)上述圓弧結(jié)構(gòu)進(jìn)行了變形，可將諧振頻點(diǎn)降低到3.60 GHz。最后在結(jié)構(gòu)中加入新的電流回路，使其與原諧振頻率相近，從而達(dá)到加強(qiáng)磁諧振強(qiáng)度和增加帶寬的目的。仿真結(jié)果表明所得結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)最低可達(dá)-37.15 dB，雙負(fù)絕對(duì)帶寬增加37％，諧振頻點(diǎn)也略向低頻偏移。
　　2.

4、提出基于葫蘆狀結(jié)構(gòu)的多頻左手材料系列單元。為滿足無線通信中天線覆蓋多個(gè)頻段的需求，首先設(shè)計(jì)了一個(gè)方便調(diào)諧、具有較寬負(fù)等效介電常數(shù)頻帶的單頻“串”字型左手材料單元。利用在較強(qiáng)電響應(yīng)基礎(chǔ)上引入新的磁響應(yīng)從而產(chǎn)生兩個(gè)雙負(fù)特性的思路，同時(shí)通過增加等效電容實(shí)現(xiàn)降頻對(duì)上述單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。所得葫蘆狀結(jié)構(gòu)可在4.40 GHz和5.60 GHz處形成兩個(gè)明顯的透射峰，說明該結(jié)構(gòu)能很好地在附近產(chǎn)生兩個(gè)雙負(fù)頻段。最后采用上面提及的加寬技術(shù)使變形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生兩個(gè)

5、相對(duì)較寬的雙負(fù)頻段:3.00-3.13 GHz、4.78-5.21 GHz，絕對(duì)帶寬分別為:130 MHz和490 MHz。
　　3.針對(duì)左手材料在微帶天線領(lǐng)域應(yīng)用的問題，本文將主要設(shè)計(jì)的基于波浪結(jié)構(gòu)的“申”字型左手材料分別加載到工作頻點(diǎn)為WiMAX(3.5 GHz)的微帶天線的覆蓋層、輻射貼片周邊，以此探討左手材料的加載對(duì)微帶天線性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)該左手材料制成天線覆蓋層，當(dāng)與接地板的間距在半個(gè)波長(zhǎng)附近時(shí)，才能較好地改善天線的